聚L-乳酸/石墨烯纳米复合薄膜的制备与性能研究

摘要

聚L-乳酸（PLLA）是一种生物可降解的高聚物，它的良好生物相容性、生物可降解性及优异的力学性能，使其在商业和科研界倍受瞩目。但 PLLA结晶速率较慢，热稳定性和气体阻隔性差，且作为一种绝缘的高分子材料，本身易带静电。因此，在一些对材料有特殊要求的场合，如高机械强度、高阻隔性、精密电子仪器包装等要求防静电的包装方面，其应用受到了极大地限制。为改善PLLA的综合性能，本研究利用表面活性剂修饰的石墨烯制备了聚L-乳酸/石墨烯纳米复合薄膜，并研究了它的结晶性、机械性能、热稳定性、氧气阻隔性和抗静电性能等。
　　首先用改良的 Hummer’s法制备了氧化石墨烯（GO），然后利用柠檬酸钠进行还原，得到了化学还原的氧化石墨烯（RGO）。最后利用表面活性剂与石墨烯之间的离子相互作用，成功地将其从水相中转移到氯仿中得到表面活性剂功能化的石墨烯（GO-DDAB、RGO-DDAB）并能在其中稳定分散。利用原子力显微镜（AFM）、傅立叶变换红外光谱（FTIR）、紫外可见光谱（UV-Vis）、X射线衍射（XRD）等手段表征了RGO的结构。
　　利用溶液共混法分别制备了PLLA/GO-DDAB和PLLA/RGO-DDAB纳米复合薄膜，并对它们的结构、形态和性能等分别进行了研究。
　　对于PLLA/GO-DDAB纳米复合膜来说，其形貌研究结果显示，GO-DDAB均匀地分散于 PLLA基体中，未发生明显团聚现象，表明表面活性剂的存在提高了两者的相容性；结晶行为表征结果显示，GO-DDAB的加入并未改变PLLA的晶型，但它起到了异相成核的作用，促进了 PLLA的结晶，降低了复合材料的冷结晶温度，提高了其结晶度。其中，GO-DDAB含量为0.3 wt％（PLA3G）的复合膜的冷结晶温度最低，当填料含量为0.1 wt%时，复合材料的结晶度最大；机械性能结果显示，GO-DDAB的加入在不降低材料韧性（如断裂伸长率）的前提下较大程度的提升了PLLA的强度和模量；氧气透过率测试表明，GO-DDAB作为阻隔层大大提高了复合薄膜的氧气阻隔性。当加入0.1 wt%的GO-DDAB后， PLLA膜的氧气渗透性降低了56%。
　　对于PLLA/RGO-DDAB纳米复合膜而言，其透光率结果显示，复合膜的透光率随RGO-DDAB含量的增加而下降；RGO-DDAB的加入作为一种异相成核剂，导致PLLA的晶核密度增加，减小了晶体尺寸，改善了PLLA的结晶能力；力学性能和热稳定性均随RGO-DDAB的加入而明显改善，如当加入0.9 wt%的RGO-DDAB后，复合材料开始热降解的温度（Tonset）升高到了320℃，比纯PLLA提高了13℃；随着RGO-DDAB的加入，复合膜的氧气阻隔性随之增强，而它的电阻率则明显降低。

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1 绪论

1.1 聚乳酸概述

1.2 PLLA的改性

1.3 石墨烯概述

1.4 石墨烯基聚合物复合材料概述

1.5 本课题的研究意义与主要内容

2 功能化GO和RGO的制备与表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

3 PLLA/GO-DDAB纳米复合薄膜的制备和性能表征

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 本章小结

4 PLLA/RGO-DDAB纳米复合薄膜的制备和性能表征

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 本章小结

5 总结

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

个人简历、攻读学位期间发表的学术论文

致谢